电机反电势采样模块及采样方法与流程

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于车身稳定系统直流有刷电机的电机反电势采样模块。本发明还涉及一种用于车身稳定系统直流有刷电机的电机反电势采样方法。

背景技术：

车身稳定系统(esc)由控制器和阀块、电机组成，阀块上有两个进油口，分别与制动主缸的两个腔联通，另外有四个出油口，分别与四个车轮的制动轮缸联通，参考图1所示。车身稳定系统的主要工作原理是，根据驾驶员输入(制动踏板、方向盘转角)、以及传感器信号(主缸压力、轮速、加速度、横摆角速度)判断车辆稳定性，当车辆临近失稳状态时，esc通过控制阀块里面的电磁阀和直流有刷电机，实现四个车轮制动液压力的独立控制，使车辆保持稳定行驶。因此，对于车身稳定系统来说，直流有刷电机的控制是至关重要的一个环节。

通常来说，车身稳定系统对直流有刷电机控制的要求是能够实现转速控制，为了能够实现电机的转速控制，必须实现电机反电势的采样。传统的车身稳定系统电机控制是基于低频率pwm控制方法，其反电势采样是在pwm输出的toff区间内进行的。如图2所示，对于直流有刷电机而言，当控制pwm由高电平切换到低电平时，其端电压先是快速下降，然后经过一段时间twait续流之后，上升至稳定的水平us，这时候的端电压us才是要采样的反电势,um是电机工作电压。通过标定电机的twait时间可以控制采样时刻，使其处于pwm下降沿之后的twait时间之后，正确的采样到反电势。这种方式有两个缺点，一是电机控制pwm频率不能高于1/twait，否则toff时间内电机端电压无法恢复到稳定的反电势；二是电机控制pwm占空比不能高于ton/(ton+twait)，否则同样会导致端电压无法恢复到稳定的反电势，这影响着电机控制的性能。随着车身稳定系统对nvh(noise噪声、vibration振动和harshness声振粗糙度)要求的提高，电机控制pwm的频率也要求逐渐提高，传统的反电势采样方法已经无法满足高频控制的需求。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种使电机反电势采样不再受反电势采样频率限制和占空比限制的电机反电势采样模块。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种使电机反电势采样不再受反电势采样频率限制和占空比限制的电机反电势采样方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的电机反电势采样模块，包括：

电机驱动单元，其适用于根据控制占空比输出pwm至驱动电路，驱动电路输出预设波形电机驱动电压，其适用于收到反电势采样中断信号停止输出pwm，将预设波形电机驱动电压降至零，并持续tbreak时长，tbreak时长结束后输出pwm恢复预设波形电机驱动电压；

电机控制单元，其适用于根据目标转速和反电势计算的实际转速计算所需的控制占空比，将占空比输送至于电机驱动单元，其适用于每间隔(twork+tbreak)产生反电势采样中断信号至电机驱动单元和中断采样单元；中断采样单元，其适用于计时twait时长后进行电机端电压采样；

控制占空比的计算采用以下方式计算获得：

使用常用的工程控制方法可以设计控制占空比的计算方法，例如使用pid方法，如下计算控制电压：

控制占空比为：

其中，uctrl是控制电压，kp、ki和kd是pid系数，k电机反电势系数，ubat电源电压，ωtgt是电机目标转速，us是反电势。

其中，t＝twork+tbreak，tbreak＝twait+tsampling,t是采样周期，twork是预设波形电机驱动电压工作时长，tbreak是中断时长，即停止输出预设波形电机驱动电压时长，twait是反电势采样等待时长，tsampling是反电势采样时长。

可选择的，所述的电机反电势采样模块应用于直流有刷电机。

可选择的，所述电机反电势采样模块用于车身稳定系统的直流有刷电机反电势采样。

可选择的，进一步改进所述的电机反电势采样模块，所述电机驱动电路包括：

电源，其正极通过负载连接开关器件输入端，其负极连接地；

开关器件，其输出端分别连接电机和续流器件；

续流器件，其另一端连接地。

可选择的，所述开关器件是mosfet，所述负载是电阻，所述续流器件是二极管。

本发明提供一种电机反电势采样方法，包括以下步骤：

s1,根据目标转速和反电势计算的实际转速计算所需的控制占空比；

s2,根据控制占空比输出pwm形成预设波形电机驱动电压；

s3,每间隔(twork+tbreak)产生反电势采样中断信号；

s4,收到反电势采样中断信号停止输出预设波形电机驱动电压，并持续tbreak时长；

s5,计时twait时长后进行电机端电压采样；

s6,tbreak时长结束后恢复输出预设波形电机驱动电压；

其中，t＝twork+tbreak，tbreak＝twait+tsampling,t是采样周期，twork是预设波形电机驱动电压工作时长，tbreak是中断时长，即停止输出预设波形电机驱动电压时长，twait是反电势采样等待时长，tsampling是反电势采样时长。

可选择的，该电机反电势采样方法用于直流有刷电机。

可选择的，该电机反电势采样方法用于车身稳定系统的直流有刷电机。

可选择的，所述预设波形电机驱动电压由pwm波驱动电机驱动电路的开关器件通断形成。

本发明工作原理如下：

直流有刷电机的驱动通过pwm波驱动mosfet开关通断，产生如图3所示的电机驱动电压波形。根据目标转速和反电势估算的实际转速计算所需要的控制占空比，并将占空比给到电机高频驱动程序，电机驱动程序根据输入的占空比发出实际控制的pwm给到硬件驱动电路。同时，如图3所示，电机控制程序每隔(twork+tbreak)时间产生一个反电势采样中断信号，给到电机高频驱动程序和电机中断采样程序，当收到这一信号时，电机高频控制程序会停止输出pwm控制波形给硬件电路，将电机驱动电压降至0v，并持续tbreak时间；同时，电机中断采样程序在计时twait时间之后，进行电机端电压采样，此时采样的结果就是电机的反电势。在tbreak时间结束之后，电机高频驱动程序恢复对电机的驱动，仍然按照电机控制程序的占空比指令进行电机驱动。

本发明能够满足车身稳定系统电机控制对反电势采样的需求，既能够适应传统的点击低频控制方法，更能够解决电机高频控制反电势难以采样的问题，本发明能够使电机控制不再受制于反电势采样带来的频率和占空比限制，给车身稳定系统nvh问题的解决提供了更多空间。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是车身稳定系统结构示意图。

图2是现有驱动电压波形示意图。

图3是本发明驱动电压波形示意图。

图4是本发明反电势采样原理示意图。

图5是本发明电机驱动电路结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。

参考图3结合图4所示，本发明提供的电机反电势采样模块第一实施例，包括：

电机驱动单元，其适用于根据控制占空比输出pwm至驱动电路，驱动电路输出预设波形电机驱动电压，其适用于收到反电势采样中断信号停止输出pwm，将预设波形电机驱动电压降至零，并持续tbreak时长，tbreak时长结束后输出pwm恢复预设波形电机驱动电压；

电机控制单元，其适用于根据目标转速和反电势计算的实际转速计算所需的控制占空比，将占空比输送至于电机驱动单元，其适用于每间隔(twork+tbreak)产生反电势采样中断信号至电机驱动单元和中断采样单元；中断采样单元，其适用于计时twait时长后进行电机端电压采样；

其中，t＝twork+tbreak，tbreak＝twait+tsampling,t是采样周期，twork是预设波形电机驱动电压工作时长，tbreak是中断时长，即停止输出预设波形电机驱动电压时长，twait是反电势采样等待时长，tsampling是反电势采样时长。

可选择的，所述电机反电势采样模块用于车身稳定系统的直流有刷电机反电势采样。

如图5所示，提供一种所述电机驱动电路可行实施例，包括：

电源，其正极通过负载连接开关器件输入端，其负极连接地；

开关器件，其输出端分别连接电机和续流器件；

续流器件，其另一端连接地。

可选择的，所述开关器件是mosfet，所述负载是电阻，所述续流器件是二极管。

本发明提供一种电机反电势采样方法第一实施例，包括以下步骤：

s1,根据目标转速和反电势计算的实际转速计算所需的控制占空比；

s2,根据控制占空比输出pwm形成预设波形电机驱动电压；

s3,每间隔(twork+tbreak)产生反电势采样中断信号；

s4,收到反电势采样中断信号停止输出预设波形电机驱动电压，并持续tbreak时长；

s5,计时twait时长后进行电机端电压采样；

s6,tbreak时长结束后恢复输出预设波形电机驱动电压；

其中，t＝twork+tbreak，tbreak＝twait+tsampling,t是采样周期，twork是预设波形电机驱动电压工作时长，tbreak是中断时长，即停止输出预设波形电机驱动电压时长，twait是反电势采样等待时长，tsampling是反电势采样时长。

可选择的，该电机反电势采样方法用于车身稳定系统的直流有刷电机，所述预设波形电机驱动电压由pwm波驱动电机驱动电路的开关器件通断形成。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。